[发明专利]波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及改变透射光的偏振方向的波片以及使用该波片的偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置。

背景技术

投影机作为在商务领域进行演示等功能的设备已经被广泛地应用了很多年。近年来，随着投影机价格不断降低以及民众生活水平的提高，投影机作为用于家庭影院的显示设备等而广泛进入千家万户。随之而来是对小型化、分辨率的提高以及光利用效率的改善等提出了更高的要求。

因此，作为提高光利用效率的手段，在液晶投影机中内置偏光转换元件，通过对使用卤素灯等的光源射出的光线进行偏光转换，使得射入液晶面板的光线的偏光一致，从而提高光能的使用效率。

图10示出以往的偏光转换元件的一个结构例子。偏光转换元件1’是在棱镜的斜面上形成了光学薄膜2’的棱镜阵列3’的规定位置上设置1/2波片5’的结构。在从卤素灯等光源发出的光线中包含S偏光分量和P偏光分量，这里，对于使用液晶面板的画面投射所需的光线仅仅是其中一个偏光分量，因此通过偏光转换元件1’能够使不需要的偏光分量偏光，从而使光的偏光分量一致，能够提高光的利用率。

具体来说，入射光中的P偏光分量透过光学薄膜2’而入射到1/2波片5’，通过该1/2波片5’时，偏光面旋转90度而成为S偏光分量。另一方面，入射光中的S偏光分量被光学薄膜2’反射，从而原样射出。从而，从偏光转换元件1’射出的出射光统一为S光，实现了光能的高效利用。

作为1/2波片的材料，一般使用聚碳酸酯或类似物的膜。但是，在投影机中，由于波片的位置靠近光源，因为光源的温度通常很高，因此在投影机中作为波片的材料，通常使用石英波片。如日本专利第4277514号中公开了一种层叠波片，如图10所示，通过两个波片层叠而成，两个波片的光学轴面内角度满足θ2＝θ1+45。通过上述专利文献中的发明，能够在提高耐热性的同时，提高光能的利用效率。

但是，在上述专利文献中仍然存在以下问题。通过本发明人的实验发现，在上述结构的波片中存在着角度依赖性的问题，也就是说随着入射到波片的光线的角度增大，变换效率(P光到S光)会变差。特别是近年来，环保标准作为电器的评价标准之一已经广泛得到执行，而且对环保节能的要求逐年提高。若优先考虑亮度来进行设计，则入射到波片的光线的角度比以往增大很多。以往可能并不存在的角度依赖性目前变得非常显著，难以消除对于变换效率的恶劣影响。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术中的课题而完成，其目的在于提供一种兼顾耐光性、耐热性和高效率的波片以及使用该波片的偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置。

本发明的波片由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成，在所述第一石英片和第二石英片中，光学轴分别相对于其主面倾斜，其特征在于，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22.5度且小于等于25.4度的范围内，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第二角度在大于等于64.6度且小于67.5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25且小于等于28.8度的范围内。

在上述本发明的波片中，优选所述第一角度与所述第二角度之和为90度。

在上述本发明的波片中，优选所述第一角度为24.3度，所述第二角度为65.7度，所述第三角度为27.3度。

本发明的偏振转换元件包括：将入射光分离成p偏振光和s偏振光的偏振分离器；和设置在被所述偏振分离器分离出的p偏振光和s偏振光中的一个的光路上的波片，其特征在于，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22.5度且小于等于25.4度的范围内，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第二角度在大于等于64.6度且小于67.5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25且小于等于28.8度的范围内。